Lehenengo bi dimentsiotako denbora kristala ordenagailu kuantiko batean

Nature Communications aldizkarian argitaratutako Basque Quantum (BasQ), NIST eta IBM-eko ikerlari taldearen lanak, azken belaunaldiko konputazio kuantikoko azpiegiturak eta teknikak erabiliz bi dimentsiotako denbora-kristal diskretuak nola sortu erakusten du.

Azterlana IBM Quantum Heron prozesadore bat erabiliz egin da; IBMk garatutako arkitekturarik aurreratuenetako bat da hori. Prozesadore mota honek bultzatzen du IBM Quantum System Two sistemen belaunaldi berria, tartean Europan ezarritako bere motako lehenengoa, Donostiako IBM–Euskadi Quantum Computational Center zentroan.

Javier Aizpurua BasQeko zuzendari zientifikoaren eta DIPCko ikerlariaren hitzetan, “argitalpen hau oso urrats garrantzitsua da Basque Quantum abiarazi genuenetik egin dugun bidean. CFM-MPCko eta DIPCko ikertzaile-taldeen elkarlanaren emaitza da, IBMrekin lankidetza estuan, eta lankidetza horri esker ikerketa-ildo berriak ireki eta fenomeno kuantiko konplexuen ulermenean aurrera egin dezakegula erakusten du”.

Denbora-kristalak sistema fisiko ezohikoak dira, denboran zehar oszilazio egonkor eta errepikakorrak —edo “tick” modukoak— erakusteko gai direnak, material ezagun gehienek bezala oreka-egoera batera eboluzionatu beharrean. Haien barne-mugimendua sinkronizatuta eta iraunkorra izaten jarraitzen du, eta horrek oinarrizko fisikako ikerketarako interes handiko objektu bihurtzen ditu. Denbora-kristalak oso sistema sentikorrak eta konfiguratzeko konplexuak dira, eta, orain arte, oso gutxitan baino ez dira sortu laborategietan. Horretarako, koherentzia handiko sistema kuantikoetako partikulen konfigurazio oso zehatzak behar dira, berotik eta zaratatik isolatuak.

Orain arte, sistema hauek batez ere dimentsio bakarrean aztertu izan dira, atomoen kate lineal gisa, non elementu bakoitzak bere ondoko hurbilenekin bakarrik elkarreragiten duen. Nahiz eta teorikoki proposatu den denbora-kristalak dimentsio handiagoetan egotea, horiek aztertzea bereziki konplexua da ikuspuntu konputazionaletik. Dimentsio kopurua handitzean, interakzioak biderkatu eta modu esponentzialean gurutzatzen dira, eta horrek gainditu egiten du metodo klasikoek beren portaera aurreikusteko duten gaitasuna. BasQ eta IBMren ikerketa berri honek muga horiek gainditzen ditu, orain arteko bi dimentsioko denbora-kristal handien eta konplexuenetako batzuk erakutsiz; horietan, elkarreraginak sare itxurako azalera-egitura batean zehar hedatzen dira, kate edo lerro batean baino. 

Ikerketaren egileek IBMren ordenagailu kuantikoaren Heron txipean 144 qubitez osatutako bi dimentsioko denbora-kristala garatzea lortu zuten, berotik eta kanpoko interferentzietatik isolatuta. Entitate kuantikoak direnez, ez dira denbora-kristal baten portaera simulatzera mugatzen, baizik eta zuzenean materializatzeko aukera ematen dute, haien oinarrizko bloke gisa erabiliz. Eremu kuantikoko aurkikuntza garrantzitsu guztiekin gertatzen den bezala, emaitzak egiaztatzea urrats erabakigarria da. Horretarako, taldeak teknika aurreratu bat erabili zuen: egoera kuantikoa simulatu zuen tenkagailu sareen eta sinesmenen hedapen metodoaren bidez, eta, ondoren, simulazio horiek ordenagailu kuantikotik zuzenean lortutako datuekin alderatu zituen. Lan honetan, ikertzaileak teknika klasikoak prozesu kuantikoen exekuzioa optimizatzeko nola erabili daitezken aztertzen hasi dira. Horretarako, erroreak arintzeko metodo berriak garatu eta txertatu zituzten, zehaztasuna hobetzeko eta lortutako emaitzetan ziurgabetasunak nabarmen murrizteko.

Aurrerapen honek urrats garrantzitsua suposatzen du materiaren orekatik kanpoko faseen esplorazioan, fenomeno kuantiko aurreratuak ulertzeko funtsezko eremuan. Sistema mota hauek simulatzen dituzten ordenagailu kuantikoen gaitasunak teknologia horiek hurrengo belaunaldiko ikerketa zientifikorako oinarrizko tresna gisa kokatzen ditu.

Informazio gehiago www.basquequantum.eus webgunean.